5 Первый закон термодинамики

5.11 Паросиловая установка мощностью 4200 кВт имеет к.п.д. η_ст=0,20.

Определить часовой расход топлива, если его теплота сгорания Q_н^р=25000 кДж/кг.

Ответ: В=3024 кг/ч.

5.12 При испытании двигателей внутреннего сгорания широким распространением пользуются так называемые гидротормоза. Работа двигателя при торможении превращается в теплоту трения, и для уменьшения нагрева тормозного устройства применяют водяное охлаждение.

Определить часовой расход воды на охлаждение тормоза, если мощность двигателя равна N=33 кВт, начальная температура воды t’_в=15 ºС, конечная — t“_в=60 ºC; принять, что вся теплота трения передается охлаждающей воде.

Ответ: М_воды=632 кг/ч.

5.14 К газу, заключенному в цилиндре с подвижным поршнем, подводится извне 100 кДж тепла. Величина произведенной работы при этом составляет 115 кДж. Определить изменение полной и удельной внутренней энергии газа, если количество его равно 0,8 кг.

Ответ: ΔU=-15 кДж, Δu=-18,2 кДж/кг.

5.15 Сколько килограммов свинца можно нагреть от температуры 15 ºС до температуры его плавления t_пл=327 ºС посредством удара молота массой 200 кг при падении его с высоты 2 м?

Предполагается, что вся энергия падения молота превращается в теплоту, целиком поглощаемую свинцом.

Теплоемкость свинца с_р=0,1256 кДж/(кг·К).

Ответ: m_св=0,1001 кг.

5.16 Свинцовый шар падает с высоты 80 м на твердую поверхность. При этом кинетическая энергия шара переходит в теплоту, 80% которой им усваивается.

На сколько градусов нагревается при падении шар?

Теплоемкость свинца с_р=0,1256 кДж/(кг·К).

Ответ: на 5 К.

5.17 Газ, состояние которого определяется на р,υ — диаграмме (рис. 2.4) точкой 1, переводится в состояние 2 по пути 1с2. При этом к газу подводится 80 кДж энергии в виде теплоты и от газа получается 30 кДж работы. Затем этот же газ возвращается в исходное состояние в процессе, который описывается кривой 2а1.

Сколько энергии в виде теплоты нужно подвести в некотором другом процессе 1d2, чтобы от газа получить 10 кДж работы? Сколько нужно подвести или отвести теплоты в процессе 2а1, если на сжатие расходуется 50 кДж энергии в форме работы?

Ответ: Q_1d2=60 кДж, Q_2a1=-100 кДж.

5.18 Какова должна быть скорость свинцовой пули, чтобы при ударе о стальную плиту она полностью расплавилась?

Предполагается, что в момент удара температура пули равна 27 ºС. Температура плавления свинца t_пл=327 ºС, теплота плавления r_пл=20,934 кДж/кг, а теплоемкость с_р=0,1256 кДж/(кг·К).

Ответ: υ=275 м/c.

5.19 Мощность турбогенератора 12000 кВт, к. п. д. генератора 0,97. Какое количество воздуха нужно пропустить через генератор для его охлаждения, если конечная температура воздуха не должна превышать 55 ºС?

Температура в машинном отделении равна 20 ºС; среднюю теплоемкость воздуха с_рm принять равной 1,0 кДж/(кг·К).

Ответ: Мв=10,3 кг/c.

5.20 Во многих странах за единицу количества теплоты принята так называемая британская тепловая единица (BTU), представляющая собой количество теплоты, необходимое для нагрева 1 английского фунта (1 lb= 0,4536 кг) воды на 1ºF.

Выразить 1 BTU, 1 BTU/lb и 1 BTU/lbºF  соответственно в кДж, кДж/кг, кДж/(кг·К).

Ответ: 1 BTU=1,055 кДж, 1 BTU/lb=2,326 кДж/кг, 1 BTU/lbºF=4,187 кДж/(кг·К).